輻射固化在粉末涂料中的應用

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    1前言

    2輻射固化原理

     2.1.1光敏引發劑   
     2.1.2  齊聚物(官能化低聚物):     
     2.1.3  固化劑:                     

    2. 2  EB固化體系

    3  UV及EB在粉末涂料中的應用

    3.1  UV在粉末涂料中的應用   

    4輻射固化研究進展     

    5結語                          


   1前言

    近年來隨著環保意識的增強，環保要求愈來愈高，對涂料中voc排放量限制越來越嚴格。傳統的溶劑型涂料因其voc對環境污染嚴重，其市場占有率正迅速下降，而具有環保特性的輻射固化粉末涂料正在全球涂料市場成為持續熱點。輻射固化粉末涂料是通過一種單體/低聚物的混合物的快速聚合而獲得一種可交聯的涂膜技術。這種體系的快速聚合主要是通過光引發劑和輻射源來實現的。輻射固化粉末涂料與高固體分涂料、水性涂料相比具有如下特點:固化速度快、固化溫度低、能量消耗低、輻射固化設備緊湊、加工速度快、可控性強、固化產品性能優越。因而被譽為“面向21世紀綠色工業新技術。

    輻射固化涂料體系主要包括紫外線(UV)固化和電子束(EB)固化兩類。

    2  輻射固化原理

    2.1 UV固化體系UV,輻射,水性,粉末,溶劑

    UV固化是依靠光波的傳遞引發反應。由于直接光引發聚合(非光敏聚合)的效率不高，一般采用光敏聚合。其機理是:①當用紫外光照射時，涂料中光引發劑吸收200-360nm波長的光激發、分解產生自由基式陽離子;②自由基引發材料中含不飽和雙鍵、環氧劑官能團類物質在很短時間內聚合;③雙鍵的鏈式聚合反應一直進行下去直至自由基活性消失(自由基碎滅、鏈轉移等)從而形成交聯式三維網狀高聚物[3]。

    從上面的固化機理可知，UV固化涂料的組成主要有:

    2.1.1光敏引發劑

通過光解作用產生活性自由基，如自由基式陽離子。直接控制聚合速效光引發劑主要有:

    ①陽離子光引發劑。如硫踢鹽，碘給鹽，氮踢鹽。其負離子對有PF。

    ②自由基光引發劑:較之陽離子引發劑而言。自由基光引發劑包括苯偶酞及其縮酮類、二苯甲酮一胺共扼體系、安息香及其衍生物等等。

    ③陽離子一自由基光引發劑:此引發劑在紫外光照射下能生成自由基，也可生成陽離子，如苯基麟二苯甲酮。

    ④高分子引發劑:較小分子引發劑相比，它可以防止小分子光引發的遷移、涂料的黃變和老化。

    2.1.2  齊聚物(官能化低聚物):

    它構成體型化合物的網狀結構骨架。決定了涂料的物理化學性能。它包括有:自由基齊聚物、陽離子齊聚物、混雜齊聚物、超支化齊聚物。

    自由基齊聚物體系主要為不飽和聚酯，丙烯酸酯類型等。不飽和聚酯價格便宜，但固化速度慢，漆膜柔韌性差。而丙烯酸酯系列樹脂利用丙烯酸的雙鍵固化，反應活性高，固化快，漆膜硬而不脆，柔韌性好，抗化學藥品性好。如UCB公司開發的“UvcoatTM”系列樹脂為含(甲基)丙稀酸雙鍵的聚醋。陽離子齊聚物主要為環氧樹脂體系。最近發展起來的環氧樹脂乙烯基醚體系是較新的陽離子固化體系，乙烯基醚雙鍵可進行陽離子聚合，因而這種新的雙組分體系可對環境樹脂單一體系進行改良。如F"M"Witte報道了一種可UV固化粉末涂料體系，其樹脂為DSM公司開發的馬來酸(MA)/乙烯基醚(VE)非丙稀酸性的VU固化體系。此體系UV固化歷程為缺電子馬來酸的不飽和聚醋與含有富電子不飽和乙烯基醚官能團的聚氨醋的兩種不飽和基團共聚。

    2.1.3  固化劑:

    固化劑對高聚物的聚集狀態起著決定性作用，而且對粉末涂料的貯存期、成膜條件等起著至關重要的作用。固化劑類型決定于作為基體樹脂所帶有的活性基團，一般為羥基類、羧基類、環氧基類和帶有C=C不飽和雙鍵類。但在UV固化粉末涂料配方中，應盡量避免使用固化劑，從而避免在涂層熔融流平階段發生提前固化。但為了提高涂膜的性能，有時也會加人少量助固化劑，但加人量與熱固化粉末涂料相比要少得多。

    (4)填料及助劑:助劑主要包括:消泡劑、流平劑、潤濕劑及其它特別功能助劑。

    2. 2  EB固化體系
    EB固化體系是通過高能電子束使涂膜產生自由基而引發高分子均聚物和活性固化劑交聯成膜。

    其固化歷程為:

    由于EB固化靠電子的高穿透能力引發聚合，故可不加光引發劑[6]。其成分主要為:齊聚物、活性固化劑、顏填料及助劑組成。

    從上述機理可知，UV固化依賴光敏劑產生自由基引發齊聚體雙鍵聚合，雙鍵的交聯密度和齊聚體的結構決定涂層的最終性能。而EB固化時電子束的能量較高，在引發體系的雙鍵聚合外，還可在體系主鏈上隨機產生自由基活性點，從而引起主鏈分子發生聚合、重排或降解。EB固化涂層的性能與涂層的支鏈化程度和齊聚體的結構有密切關系，而涂層的支鏈化程度與電子束的能量有密切的關系。

相對于UV體系，EB的優點有:① EB可使UV難以固化的不透明體系固化完全。②體系中不含光敏引發劑，其光穩定性及耐候性比UV完美。

    3  UV及EB在粉末涂料中的應用

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